CN111182863B - 一种用于人工假眼图像采集与处理的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于人工假眼图像采集与处理的系统，系统包括视网膜假体(101)、数字图像信号输入系统(104)、脑电波控制系统(103)以及图像控制处理系统(102)，其中数字图像信号输入系统(104)，用于代替人眼获取场景中的图像信号；该脑电波控制系统(103)布置于人体头部，采集人体脑电波和/或采集人体脑电波指令信号，对脑电波控制训练，根据脑电波控制训练结果设置控制参数的阈值；图像控制处理系统(102)，根据人体脑电波指令信号和控制参数的阈值对图像信号进行控制和处理；视网膜假体(101)，用于接收处理后的图像信号，并将处理后的图像信号返回给人脑。该系统能够有效解决视觉追随问题，使假眼获取的视觉信息更加真实。

Description

一种用于人工假眼图像采集与处理的系统

技术领域

本发明涉及人工假眼技术领域，特别涉及一种用于人工假眼图像采集与处理的系统。

背景技术

对于视网膜疾病造成的永久性眼部病变,药物治疗方案已无能为力,植入视网膜假体通过直接电刺激视网膜神经节使视力部分恢复。这种植入装置的原理是由外部微型摄像机、通讯系统和微型计算机组成。首先患者通过外部摄像机捕捉景象，然后通过计算机进行图像处理后经通讯系统送到患者眼球表面的人造视网膜上，并转换为电脉冲信号。接着，人造视网膜上的电极会刺激视网膜的视觉神经，继续将信号沿视神经传送到大脑。这些脉冲信号可以“欺骗”大脑，让大脑以为患者的眼睛仍然在正常工作。最终，患者可以和常人一样“看到”外部世界，并区分光明和黑暗，从而恢复视力。

人类在进行各项生理活动时都在放电。如果用科学仪器测量大脑的电位活动，那么在荧幕上就会显示出波浪一样的图形，这就是“脑波”。脑波活动具有一定的规律性特征，和大脑的意识存在某种程度的对应关系。人在兴奋、紧张、昏迷等不同状态之下，脑电波的频率会有明显的不同，约在1～40赫兹之间，依照不同的频率，脑波又被进一步分为α、β、δ、θ波。当人在一定的压力之下精神高度集中时，脑波的频率在12～38赫兹之间，这个波段被称为β波，是“意识”层面的脑波；当人注意力下降，处于放松状态时，脑波的频率会下降到8～12赫兹，这被称为α波；进入睡眠状态后，脑波频率进一步下降，被分为θ波(4～8赫兹)和δ波(0.5～4赫兹)，它们分别反映的是人在“潜意识”和“无意识”阶段的状态。正是因为脑波具有这种随着情绪波动而变化的特性，人类对于脑波的开发利用成为了可能。

目前现有技术中的人工假眼(如专利CN105028982A)，大都将光信号转换成脉冲率，向人眼视网膜施加电脉冲实现视觉恢复。但是现有的视网膜假体只解决了患者看得见的问题，但是没有解决视觉追随使患者看得好的问题。

因此，需要一种能够有效解决视觉追随问题的用于人工假眼图像采集与处理的系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于人工假眼图像采集与处理的系统，所述系统包括数字图像信号输入系统、脑电波控制系统以及图像控制处理系统，其中

所述数字图像信号输入系统与人眼处于同一平行的直线上，用于代替人眼获取场景中的图像信号；

所述脑电波控制系统布置于人体头部，采集人体脑电波或采集人体脑电波指令信号，对所述脑电波控制训练，根据脑电波控制训练结果设置控制参数的阈值；

所述图像控制处理系统，用于接收所述人体脑电波指令信号、所述控制参数的阈值和所述图像信号，根据所述人体脑电波指令信号和所述控制参数的阈值对所述图像信号进行控制和处理，包括所述图像信号不同方向的移动控制以及所述图像信号的震颤处理；

所述视网膜假体，用于接收处理后的图像信号，并将处理后的图像信号返回给人脑。

优选地，所述脑电波控制训练包括专注、放松及眨眼控制训练。

优选地，脑电波控制训练结果的控制参数包括α、β波参数值以及eSense专注度、eSense放松度参数值。

优选地，所述阈值包括eSense放松度阈值、eSense专注度阈值、β波阈值以及α波的闭眼阈值。

优选地，所述图像信号不同方向的移动控制包括图像上下移动、左右移动、放大、缩小、图像输出关闭以及图像亮度控制。

优选地，所述图像信号的震颤处理为对图像进行30～150Hz的上下、左右震颤。

优选地，所述系统还包括视网膜假体，所述视网膜假体包括中心凹陷的视网膜基体，用于接收处理后的图像信号。

优选地，所述数字图像信号输入系统通过3D数字摄像机获取场景中图像信号。

优选地，所述视网膜假体为一个或者两个。

本发明提供的一种用于人工假眼图像采集与处理的系统，对人体脑电波控制训练并设置控制参数的阈值，通过人体脑电波指令信号和控制参数的阈值对图像信号进行控制和处理，减少了患者想看的场景与实际看到的场景之间的差异，很好的解决了视觉追随的问题，达到了人眼想看到的场景与实际看到的场景一致的效果。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出了本发明用于人工假眼图像采集与处理的系统结构图；

图2示出了本发明人工假眼图像采集与处理过程的流程框图；

图3a至3c示出了本发明对图像信号进行控制的示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。

为了使本发明的内容更加清楚的描述，需要对脑电波信号的控制参数进行说明，根据脑电波的频率，通过脑电波控制训练强化脑电波控制参数α波参数、β波参数、eSense专注度参数和eSense放松度参数，使患者产生相关的脑电波的频率时，准确地对图像信号进行控制和处理。其中，eSense专注度参数表明了使用者精神“集中度”水平或“注意度”水平的强烈程度，参数值的范围是0到100，本发明中体现在患者的“向上看”和“向下看”。eSense放松度表明了使用者精神“平静度”水平或者“放松度”水平，参数值的范围是0到100，本发明中体现在患者的“向左看”和“向右看”。

如图1所示本发明用于人工假眼图像采集与处理的系统结构图，一种用于人工假眼图像采集与处理的系统，包括视网膜假体101、数字图像信号输入系统104、脑电波控制系统103以及图像控制处理系统102，其中

数字图像信号输入系统104与人眼处于同一平行的直线上，用于代替人眼获取场景中的图像信号；

脑电波控制系统103布置于人体头部，对脑电波控制训练，采集人体脑电波和/或采集人体脑电波指令信号，根据脑电波控制训练结果设置控制参数的阈值。

图像控制处理系统102，用于接收人体脑电波指令信号、控制参数的阈值和数字图像信号输入系统104采集的图像信号，根据人体脑电波指令信号和控制参数的阈值对图像信号进行控制和处理，包括所述图像信号不同方向的移动控制以及所述图像信号的震颤处理。

视网膜假体，用于接收处理后的图像信号，并将处理后的图像信号返回给人脑。

数字图像信号输入系统104将采集视眼场景中的图像信号与脑电波控制系统103采集的脑电波指令信号传输给图像控制处理系统102，进行图像控制和处理。图像控制处理系统102对处理后的图像传输给视网膜假体，视网膜假体将信号反馈给人脑，实现患者视力恢复。

根据本发明，实施例中通过人工假眼图像采集与处理系统对图像信号进行控制和处理，使数字图像信号输入系统104采集的图像信号追随人体脑电波指令信号。如图2所示本发明人工假眼图像采集与处理过程的流程框图，通过本发明提供的用于人工假眼图像采集与处理的系统对患者视力进行恢复，具体地人工假眼图像采集与处理的过程如下步骤：

S101、人体脑电波控制训练，脑电波控制训练包括但专注、放松及眨眼控制训练，但并不限于此。实施例中对专注、放松及眨眼控制训练只是为了本发明的内容得以清晰的阐释，而不是对本发明内容的限制。患者大脑中进行专注、放松、眨眼动作以及相关动作组合等意念控制(虽然患者眼部受损，但是大脑中依然可以进行相关专注、放松、眨眼等意念)，通过患者控制训练，强化专注、放松、眨眼动作以及相关动作组合的脑电波信号，脑电波控制系统103采集控制训练后的人体脑电波信号中的控制参数(即患者进行专注、放松、眨眼动作以及相关动作组合的的脑电波信号的数值)，设置控制参数的阈值。本实施例中，通过控制训练结果的控制参数包括α、β波参数值以及eSense专注度、eSense放松度参数值。控制参数的阈值包括eSense放松度阈值、eSense专注度阈值、β波阈值以及α波的闭眼阈值。本实施例中，eSense放松度的阈值设置为80，eSense专注度阈值设置为80，β波阈值设置为24，α波的闭眼阈值设置为9。

S102、采集视眼场景中的图像信号，根据本发明实施例中，数字图像信号输入系统102包括3D数字摄像机，通过3D数字摄像机获取场景中图像信号。在一些实施例中，可以是本领域技术人员能够想到的最佳摄像设备，而并不限于本实施例中的3D数字摄像机。

S103、采集人体脑电波指令信号，根据本发明对于人体脑电波指令信号的采集依然通过脑电波控制系统103进行采集。这里说的人体脑电波指令信号是指，当患者需要进行观察不同视眼场景时进行动作意念产生的脑电波信号。例如，当患者想要看上方场景时，大脑中产生的控制人眼向上的人体脑电波信号。

在步骤S102中采集的视眼场景中的图像信号，与在步骤S103中采集的人体脑电波指令信号一并传输至图像控制处理系统102进行图像信号控制和处理。针对具体的实施情况，信号传输过程采用有线传输或者无线传输。

S104、图像信号控制和处理，图像控制处理系统102，接收人体脑电波指令信号、控制参数的阈值和数字图像信号输入系统104采集的图像信号，根据人体脑电波指令信号和控制参数的阈值对图像信号进行控制和处理，包括图像信号不同方向的移动控制以及图像信号的震颤处理。具体来说，图像信号不同方向的移动控制包括图像上下移动、左右移动、放大、缩小、图像输出关闭以及图像亮度控制。

如图3a至3c所示本发明对图像信号进行控制的示意图，如图3a所示人体脑电波指令信号不进行任何意识动作时，数字图像信号输入系统104采集的图像201的中间区域A将正对视网膜假体101，优选地，本实施例视网膜假体包括中心凹陷的视网膜基体，通过中心凹陷区接收处理后的图像信号。

如图3b所示，当图像控制处理系统102接收到的人体脑电波指令信号中，eSense放松度参数高于设定的eSense放松度阈值(阈值80)时，并且人体脑电波指令信号中伴随着眨眼信号，则将视频图像下移，此时视网膜假体的中心凹陷区正对图像C区域。视网膜假体接受到的光信号上移，相当于眼睛向上看。

如图3c所示，当图像控制处理系统102接收到的人体脑电波指令信号中，eSense放松度参数低于设定的eSense放松度阈值(阈值80)时，并且人体脑电波指令信号中伴随着眨眼信号，则将视频图像上移，此时视网膜假体的中心凹陷区正对图像B区域。视网膜假体接受到的光信号下移，相当于眼睛向下看。

当图像控制处理系统102接收到的人体脑电波指令信号中，β波指数高于设定的β波阈值阈值(阈值24)时，并且人体脑电波指令信号中伴随着眨眼信号，则将视频图像左移，视网膜假体接受到的光信号右移，相当于眼睛向右看。

当图像控制处理系统102接收到的人体脑电波指令信号中，β波指数低于设定的β波阈值阈值(阈值24)时，并且人体脑电波指令信号中伴随着眨眼信号，则将视频图像右移，视网膜假体接受到的光信号左移，相当于眼睛向左看。

当图像控制处理系统102接收到的人体脑电波指令信号中，eSense专注度参数高于设定的eSense专注度阈值(阈值80)时，并且人体脑电波指令信号中伴随着眨眼信号，则将视频图像放大，视网膜假体接受到的光信号分辨率提升，相当于眼睛向远处看。

当图像控制处理系统102接收到的人体脑电波指令信号中，eSense专注度参数低于设定的eSense专注度阈值(阈值80)时，并且人体脑电波指令信号中伴随着眨眼信号，则将视频图像缩小，视网膜假体接受到的光信号分辨率降低，相当于眼睛向近处看。

当图像控制处理系统102接收到的人体脑电波指令信号中，α波参数高于设定的α波闭眼阈值，并且伴随着眨眼信号，则将视频图像输出信号关闭或者输出黑屏信号，视网膜假体接收不到外界的光刺激，相当于眼睛关闭。

本实施例中，当图像控制处理系统102接收到的人体脑电波指令信号中，具有连续的眨眼信号(每秒2次或2次以上的眨眼信号)将逐渐调暗视频图像输出信号，直至预设的最低亮度。在最低亮度的时候如果还有连续的眨眼信号，将逐渐调亮视频图像输出信号直至达到预设的最高亮度。

为了使本发明人体脑电波指令信号对图像信号的控制和处理更加清晰的说明，通过表1所示不同脑电波指令信号对应的图像控制方式来进行阐释。

表1不同脑电波指令信号对应的图像控制方式

根据本发明，本实施例中图像信号不同方向的移动控制的同时，对图像信号的震颤处理，为图像进行30～150Hz的上下、左右震颤，更加接近的模拟人眼的震颤、漂移、眼跳的情况，消除视觉恢复的不适应性，增加视觉恢复的真实。

S105、视网膜假体反馈图像信号，视网膜假体接收处理后的图像信号，并将处理后的图像信号返回给人脑。优选地，本实施例视网膜假体为两个，以增强3D视觉效果。

本发明提供的一种用于人工假眼图像采集与处理的系统，对人体脑电波控制训练并设置控制参数的阈值，通过人体脑电波指令信号和控制参数的阈值对图像信号进行控制和处理，减少了患者想看的场景与实际看到的场景之间的差异，很好的解决了视觉追随的问题，达到了人眼想看到的场景与实际看到的场景一致的效果。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (6)

1.一种用于人工假眼图像采集与处理的系统，其特征在于，所述系统包括数字图像信号输入系统、脑电波控制系统以及图像控制处理系统，其中

所述数字图像信号输入系统与人眼处于同一平行的直线上，用于代替人眼获取场景中的图像信号；

所述脑电波控制系统布置于人体头部，采集人体脑电波或采集人体脑电波指令信号，对所述脑电波控制训练，根据脑电波控制训练结果设置控制参数的阈值；

所述脑电波控制训练包括专注、放松及眨眼控制训练；

所述图像控制处理系统，用于接收所述人体脑电波指令信号、所述控制参数的阈值和所述图像信号，根据所述人体脑电波指令信号和所述控制参数的阈值对所述图像信号进行控制和处理，包括所述图像信号不同方向的移动控制以及所述图像信号的震颤处理；

所述图像信号不同方向的移动控制包括图像上下移动、左右移动、放大、缩小、图像输出关闭以及图像亮度控制；

所述图像信号的震颤处理为对图像进行30～150Hz的上下、左右震颤；

视网膜假体，用于接收处理后的图像信号，并将处理后的图像信号返回给人脑。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，脑电波控制训练结果的控制参数包括α、β波参数值以及eSense专注度、eSense放松度参数值。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阈值包括eSense放松度阈值、eSense专注度阈值、β波阈值以及α波的闭眼阈值。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括视网膜假体，所述视网膜假体包括中心凹陷的视网膜基体，用于接收处理后的图像信号。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字图像信号输入系统通过数字摄像机获取场景中图像信号。

6.根据权利要求1所示的系统，其特征在于，所述视网膜假体为一个或者两个。

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